互感和自感涡流.doc
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1、互感和自感、涡流【学习目标】1、知道什么是互感现象和自感现象。2、知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量,知道它的单位及其大小的决定因素。3、能够通过电磁感应部分知识分析通电、断电自感现象的原因。4、知道涡流是如何产生的,知道涡流对人类有利和有害的两方面,以及如何利用涡流和防止涡流。【要点梳理】要点一、互感现象 两个线圈之间没有导线相连,但当一个线圈中的电流变化时,它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势,这种现象称为互感,产生的感应电动势叫互感电动势。要点诠释:(1)互感现象是一种常见的电磁感应现象,它不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间,而且可以发生于任何相互靠近的电路之间。
2、(2)互感现象可以把能量从一个电路传到另一个电路。变压器就是利用互感现象制成的。 (3)在电子电路中,互感现象有时会影响电路的正常工作,应设法减小电路间的互感。要点二、自感现象 1实验 如图甲所示,首先闭合后调节,使亮度相同,然后断开开关。再次闭合,灯泡立刻发光,而跟线圈串联的灯泡却是逐渐亮起来的。 如图乙所示电路中,选择适当的灯泡和线圈,使灯泡的电阻大于线圈的直流电阻。断开时,灯并非立即熄灭,而是闪亮一下再逐渐熄灭。 图甲实验叫通电自感。在闭合开关的瞬间,通过线圈的电流发生变化而引起穿过线圈的磁通量发生变化,线圈中产生感应电动势,这个感应电动势阻碍线圈中电流的增大,通过灯泡的电流只能逐渐增大
3、,所以只能逐渐变亮。 图乙实验叫断电自感。断开的瞬间,通过线圈的电流减弱,穿过线圈的磁通量很快减小,线圈中出现感应电动势。虽然电源断开,但由于线圈中有感应电动势,且和组成闭合电路,使线圈中的电流反向流过灯,并逐渐减弱。由于的直流电阻小于灯的电阻,其原电流大于通过灯的原电流,故灯闪亮一下后才逐渐熄灭。 2结论 由于通过线圈自身的电流发生变化时,线圈本身产生感应电动势的现象叫自感现象。由于自感而产生的感应电动热叫自感电动势。要点诠释:1自感电动势的作用:总是阻碍导体中原电流的变化,即总是起着推迟电流变化的作用。 2自感电动势的方向:自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化,当原来电流增大时,自感电动
4、势与原来电流方向相反;当原来电流减小时,自感电动势与原来电流方向相同。 3自感电动势大小:,大小由电流变化的快慢和自感系数决定。要点三、自感系数 自感系数是表示线圈产生自感电动势本领大小的物理量,简称为自感或电感,用表示。要点诠释:(1)大小:线圈长度越长,线圈横截面积越大,单位长度上匝数越多,线圈的自感系数越大;线圈有铁芯比无铁芯时自感系数大得多。 (2)物理意义:表征线圈产生自感电动势本领大小的物理量,数值上等于通过线圈的电流在内改变时产生的自感电动势的大小。 (3)单位:亨利(符号),亨=毫亨=微亨()。要点四、自感现象的应用和防止 1应用:电感线圈可以把电能转化为磁场能储存起来,也可以
5、把储存的磁场能转化为电能;当自感系数很大时,可以产生自感电动势,增大电路的瞬时电压。 电感线圈可以延续电流的变化时间,起到一定的稳定电流的作用,在交流电路中,常用电感线圈来通直流阻交流,通低频阻高频。电感线圈在各种电器设备和无线电技术中应用广泛,如日光灯电路中的镇流器、振荡电路等。 2危害和防止:在切断自感系数很大、电流很强的电路的瞬间,会产生很高的自感电动势,形成电弧,危及工作人员和设备安全,在这类电路中应采用特别的开关;制作精密电阻时,采用双线绕法来消除自感现象。要点五、电感和电阻的比较 1阻碍作用:电阻对电流有阻碍作用,电感对电流的变化有阻碍作用。 2大小因素:电阻越大,对电流的阻碍越大
6、,产生的电势差越大;电感越大,对电流的阻碍作用越大,产生的自感电动势越大。 3决定因素:电阻决定于导体长度、横截面积、材料电阻率;电感决定于线圈长度、横截面积、匝数、有无铁芯等。 4联系:电感和电阻都是反映导体本身性质的物理量。要点六、线圈对变化电流的阻碍作用与对稳定电流的阻碍作用的比较 1两种阻碍作用产生的原因不同 线圈对稳定电流的阻碍作用,是由绕制线圈的导线的电阻决定,对稳定电流阻碍作用的产生原因,是金属对定向运动电子的阻碍作用。而线圈对变化电流的阻碍作用,是由线圈的自感现象引起的,当通过线圈中的电流变化时,穿过线圈的磁通量发生变化,产生自感电动势,阻碍线圈中电流变化。 2两种阻碍作用产生
7、的效果不同 在通电线圈中,电流稳定值为,由此可知,线圈的稳态电阻决定了电流的稳定值。越大,电流由零增大到稳定值的时间越长,也就是说,线圈对变化电流的阻碍作用越大,电流变化的越慢。总之,稳态电阻决定了电流所能达到的稳定值,对变化电流的阻碍作用决定了要达到稳定值所需的时间。要点七、在断电自感中,灯泡是否闪亮一下的判断方法 如图所示电路中,当开关断开后,灯泡是否会闪亮一下?闪亮一下的条件是什么? 设开关闭合时,电源路端电压为,线圈的电阻为,灯泡的电阻为,则通过线圈的电流为,通过灯泡的电流为。当开关断开后,线圈和灯泡组成的回路中的电流从开始减弱。 若,有,在断开开关的瞬间,通过灯泡的电流会瞬间增大,灯
8、泡会闪亮一下。若,有,断开开关后,通过灯泡的电流减小,灯泡不会闪亮一下。要点八、电路中电流大小变化的判断方法在进行分析计算时,要注意:如果电感线圈的直流电阻为零,那么电路稳定时可认为线圈短路;在电流由零增大的瞬间可认为线圈断路。 如图所示,闭合稳定后,若不考虑线圈的直流电阻,则灯泡不亮,流过线圈的电流较大。在断开的瞬间,灯泡和线圈构成了闭合回路,其中线圈中电流的流向不变,其大小只能在原来大小的基础上减弱。要点九、涡流 当线圈中的电流随时间变化时,线圈附近的任何导体中都会产生感应电流,电流在导体内自成闭合回路,很像水中的旋涡,把它叫做涡电流,简称涡流。要点诠释:1涡流产生的原因:涡流是一种特殊的
9、电磁感应现象,当把块状金属放在变化的磁场中,或者让它在非均匀磁场中运动,金属块内就产生感应电流,因为金属块本身可自行构成闭合回路,且块状金属导体的电阻一般情况下很小,所以产生的涡流通常是很强的。 2涡流的防止:电动机、变压器的线圈中有变化的电流,因而在铁芯中产生了涡流,不仅浪费了能量,还可能损坏电器,因此,要想办法减小涡流。为了达到减小涡流的目的,采用了电阻率大的硅钢做铁芯的材料,并把硅钢做成彼此绝缘的薄片,这样,就大大减小了涡流。 3涡流的利用:用来冶炼合金钢的真空冶炼炉,炉外有线圈,线圈中通入反复变化的电流,炉内的金属中就产生涡流。涡流产生的热量使金属达到很高的温度并熔化。利用涡流冶炼金属
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